从原始波形数据中检测特定频率/音调

Question

我正在读取来自麦克风的原始波流。
（这部分的工作原理是我可以将其发送到扬声器并获得良好的回声。）

为简单起见，假设我想检测波形数据中的 DTMF 音调。实际上，我想检测任何频率，而不仅仅是 DTMF 中的频率。但我总是知道我在寻找哪个频率。

我尝试过通过 FFT 运行它，但如果我想要高精度的检测（假设它只存在 20 毫秒），它似乎不是很有效。我可以以大约 200 毫秒的精度检测到它。

关于算法我有哪些选择？ 是否有任何 .Net 库？

Answer 1

如果您想检测 DTMF 等特定频率，您可能需要查看 Goertzel 算法输入。 Sourceforge 上有一个基于该算法的 C# DTMF 生成器/检测器 库。

Answer 2

那里有非常好的 Goertzel 实现。 C# 修改：

private double GoertzelFilter(float[] samples, double freq, int start, int end)
    {
        double sPrev = 0.0;
        double sPrev2 = 0.0;
        int i;
        double normalizedfreq = freq / SIGNAL_SAMPLE_RATE;
        double coeff = 2 * Math.Cos(2 * Math.PI * normalizedfreq);
        for (i = start; i < end; i++)
        {
            double s = samples[i] + coeff * sPrev - sPrev2;
            sPrev2 = sPrev;
            sPrev = s;
        }
        double power = sPrev2 * sPrev2 + sPrev * sPrev - coeff * sPrev * sPrev2;
        return power;
    }

对我来说非常有用。

Answer 3

假设典型的 DTMF 频率为 200Hz - 1000Hz。然后您必须根据 4 到 20 个周期来检测信号。我猜 FFT 不会给你带来任何帮助，因为你只会检测到 50Hz 频率的倍数：这是 FFT 的内置功能，增加样本数量不会解决你的问题。你必须做一些更聪明的事情。

对数据进行线性最小二乘拟合

h(t) = A cos (omega t) + B sin (omega t)

最好的办法是针对给定的 omega（DTMF 频率之一） 。有关详细信息（特别是如何设置统计显着性水平）和链接，请参阅此文学。

Answer 4

我发现这是 Goertzel 的一个简单实现。还没有让它工作（寻找错误的频率？），但我想我无论如何都会分享它。它是从 此网站。

        public static double CalculateGoertzel(byte[] sample, double frequency, int samplerate)
        {
            double Skn, Skn1, Skn2;
            Skn = Skn1 = Skn2 = 0;
            for (int i = 0; i < sample.Length; i++)
            {
                Skn2 = Skn1;
                Skn1 = Skn;
                Skn = 2 * Math.Cos(2 * Math.PI * frequency / samplerate) * Skn1 - Skn2 + sample[i];
            }
            double WNk = Math.Exp(-2 * Math.PI * frequency / samplerate);
            return 20 * Math.Log10(Math.Abs((Skn - WNk * Skn1)));
        }